Flux cylindrique croisé : Mesurer la distribution de la pression et estimer les coefficients de traînée

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Cross Cylindrical Flow: Measuring Pressure Distribution and Estimating Drag Coefficients

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08:57 min
April 30, 2023

Vue d'ensemble

Source : David Guo, College of Engineering, Technology, and Aeronautics (CETA), Southern New Hampshire University (SNHU), Manchester, New Hampshire

Les distributions de pression et les estimations de traînée pour le flux cylindrique croisé ont été étudiées pendant des siècles. Par la théorie idéale de l’écoulement potentiel inviscide, la distribution de pression autour d’un cylindre est verticalement symétrique. La distribution de pression en amont et en aval du cylindre est également symétrique, ce qui se traduit par une force de traînée zéro-net. Cependant, les résultats expérimentaux donnent des modèles de débit, des distributions de pression et des coefficients de traînée très différents. C’est parce que la théorie potentielle inviscide idéale suppose le flux irrotationnel, signifiant la viscosité n’est pas considérée ou prise en compte en déterminant le modèle de flux. Cela diffère considérablement de la réalité.

Dans cette démonstration, une soufflerie est utilisée pour générer une vitesse spécifiée, et un cylindre avec 24 ports de pression est utilisé pour recueillir des données de distribution de pression. Cette démonstration illustre comment la pression d’un fluide réel qui circule autour d’un cylindre circulaire diffère des résultats prévus en fonction du flux potentiel d’un fluide idéalisé. Le coefficient de traînée sera également estimé et comparé à la valeur prévue.

Principles

Procédure

1. Mesurer la distribution de pression autour d’un cylindre Retirez le couvercle supérieur de la section d’essai d’une soufflerie et montez un cylindre en aluminium propre (d 4 po) avec 24 ports intégrés sur une plaque tournante (figure 3). Installer le cylindre de sorte que le port zéro est orienté en amont (Figure 4a). Remplacez le couvercle supérieur et connectez les 24 tubes de pression étiquetés 0 – 23 aux ports correspondants sur le panneau du manomètre. Le panneau de manomètre doit être rempli d’huile colorée, mais marqué dans l’eau. graduations (Figure 5). Allumez la soufflerie et faites-la rouler à 60 mi/h. Enregistrez les 24 mesures de pression en lisant le manomètre. À cette vitesse, le numéro Reynolds est de 1,78 x 105. Le modèle d’écoulement prévu est indiqué dans la figure 2d. Une fois que toutes les mesures ont été enregistrées, éteignez la soufflerie et collez deux cordes (d 1 mm) verticalement sur le cylindre pour créer le cylindre perturbé. Bande d’une chaîne entre les ports 3 et 4 (52,5 euros) et l’autre entre les ports 20 et 21 (307,5 euros). Assurez-vous que les ports à proximité ne sont pas bloqués par la bande, comme le montre la figure 4b. Allumez la soufflerie et répétez l’étape 3. Enregistrez toutes les mesures de pression. Figure 3. Mise en page de mesure de pression de gage du flux cylindrique croisé. Figure 4. Configuration du cylindre dans la soufflerie (les ports de pression sont au milieu du cylindre). Figure 5. Panneau de manomètre.

Résultats

Les résultats expérimentaux du cylindre propre et perturbé sont présentés dans les tableaux 1 et 2,respectivement. Les données peuvent être tracées dans un graphique du coefficient de pression, Cp, par rapport à la position angulaire, pour un flux idéal et réel, comme le montre la figure 6. …

Applications and Summary

Le flux cylindrique croisé a été étudié théoriquement et expérimentalement depuis le 18ème siècle. Trouver les écarts entre les deux nous permet d’élargir notre compréhension de la dynamique des fluides et d’explorer de nouvelles méthodologies. La théorie du débit de couche limite a été développée par Prandtl [3] au début du XXe siècle, et c’est un bon exemple de l’extension du flux inviscide à la théorie du flux viscidedans la résolution du paradoxe de D’Alembert.

Dans…

References

  1. d'Alembert, Jean le Rond (1752), Essai d'une nouvelle théorie de la résistance des fluides
  2. John D. Anderson (2017), Fundamentals of Aerodynamics, 6th Edition, ISBN: 978-1-259-12991-9, McGraw-Hill
  3. Prandtl, Ludwig (1904), Motion of fluids with very little viscosity, 452, NACA Technical Memorandum

Transcription

1. Mesurer la distribution de pression autour d’un cylindre Retirez le couvercle supérieur de la section d’essai d’une soufflerie et montez un cylindre en aluminium propre (d 4 po) avec 24 ports intégrés sur une plaque tournante (figure 3). Installer le cylindre de sorte que le port zéro est orienté en amont (Figure 4a). Remplacez le couvercle supérieur et connectez les 24 tubes de pression étiquetés 0 – 23 aux ports correspondants sur le panneau du manomètre. Le panneau de manomètre doit être rempli d’huile colorée, mais marqué dans l’eau. graduations (Figure 5). Allumez la soufflerie et faites-la rouler à 60 mi/h. Enregistrez les 24 mesures de pression en lisant le manomètre. À cette vitesse, le numéro Reynolds est de 1,78 x 105. Le modèle d’écoulement prévu est indiqué dans la figure 2d. Une fois que toutes les mesures ont été enregistrées, éteignez la soufflerie et collez deux cordes (d 1 mm) verticalement sur le cylindre pour créer le cylindre perturbé. Bande d’une chaîne entre les ports 3 et 4 (52,5 euros) et l’autre entre les ports 20 et 21 (307,5 euros). Assurez-vous que les ports à proximité ne sont pas bloqués par la bande, comme le montre la figure 4b. Allumez la soufflerie et répétez l’étape 3. Enregistrez toutes les mesures de pression. Figure 3. Mise en page de mesure de pression de gage du flux cylindrique croisé. Figure 4. Configuration du cylindre dans la soufflerie (les ports de pression sont au milieu du cylindre). Figure 5. Panneau de manomètre.